Αν το μοριακή μάζα ενός αερίου είναι γνωστό, ο ιδανικός νόμος για το αέριο μπορεί να χειριστεί για να βρει την πυκνότητα του αερίου. Είναι απλώς θέμα σύνδεσης των σωστών μεταβλητών και εκτέλεση κάποιων υπολογισμών.
Λέξεις-κλειδιά: Πώς να υπολογίσετε την πυκνότητα του αερίου
- Η πυκνότητα ορίζεται ως η μάζα ανά μονάδα όγκου.
- Αν τυχαίνει να ξέρετε πόση ποσότητα αερίου έχετε και τον όγκο του, ο υπολογισμός είναι εύκολος. Συνήθως, έχετε μόνο υπονοούμενες πληροφορίες και πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον ιδανικό νόμο για το αέριο για να βρείτε τα κομμάτια που λείπουν.
- Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο είναι PV = nRT, οπότε αν γνωρίζετε αρκετές τιμές, μπορείτε να υπολογίσετε τον όγκο (V) ή τον αριθμό γραμμομορίων (n). Μερικές φορές πρέπει στη συνέχεια να μετατρέψετε τον αριθμό γραμμομορίων σε γραμμάρια.
- Ο ιδανικός νόμος για το αέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσέγγιση της συμπεριφοράς των πραγματικών αερίων, αλλά υπάρχει πάντα ένα λάθος στο αποτέλεσμα.
Πώς να υπολογίσετε την πυκνότητα του αερίου
Ποια είναι η πυκνότητα ενός αερίου με μοριακή μάζα 100 g / mol σε 0,5 ατμόσφαιρα και 27 βαθμούς Κελσίου;
Πριν ξεκινήσετε, να έχετε κατά νου τι ψάχνετε ως απάντηση σε μονάδες. Πυκνότητα ορίζεται ως μάζα ανά μονάδα όγκου, η οποία μπορεί να εκφράζεται σε γραμμάρια ανά λίτρο ή γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο. Ίσως χρειαστεί να πραγματοποιούν μετατροπές μονάδων. Κρατήστε την προσοχή για τις αναντιστοιχίες των μονάδων όταν συνδέετε τις τιμές σε εξισώσεις.
Πρώτα, ξεκινήστε με τον ιδανικό νόμο για το φυσικό αέριο:
PV = nRT
όπου P = πίεση, V = όγκος, n = αριθμός γραμμομορίων αερίου, R = σταθερά αερίου = 0,0821 L · atm / mol · Κ και Τ = απόλυτη θερμοκρασία (σε Kelvin).
Εξετάστε προσεκτικά τις μονάδες του R. Αυτό είναι όπου πολλοί άνθρωποι μπαίνουν στον κόπο. Θα πάρετε μια εσφαλμένη απάντηση αν εισάγετε μια θερμοκρασία σε Κελσίου ή πίεση στα Pascals, κλπ. Χρησιμοποιείτε πάντα ατμόσφαιρα για πίεση, λίτρα για όγκο και Kelvin για θερμοκρασία.
Για να βρείτε την πυκνότητα του αερίου, πρέπει να γνωρίζετε τη μάζα του αερίου και τον όγκο. Πρώτα, βρείτε την ένταση. Εδώ είναι η ιδανική εξίσωση του νόμου για το φυσικό αέριο που αναδιατάχθηκε για να επιλύσουμε το V:
V = nRT / P
Αφού βρείτε τον τόμο, πρέπει να βρείτε τη μάζα. Ο αριθμός των σκωληκοειδών είναι ο τόπος για να ξεκινήσει. Ο αριθμός των mole είναι η μάζα (m) του αερίου που διαιρείται με τη μοριακή του μάζα (MM):
n = m / ΜΜ
Αντικαταστήστε αυτήν την τιμή μάζας στην εξίσωση όγκου στη θέση του n:
V = mRT / ΜΜ · Ρ
Η πυκνότητα (ρ) είναι μάζα ανά όγκο. Διαιρέστε και τις δύο πλευρές από m:
V / m = RT / ΜΜ · Ρ
Στη συνέχεια αντιστρέψτε την εξίσωση:
m / V = ΜΜ · Ρ / ΡΤ
ρ = ΜΜ · Ρ / ΡΤ
Τώρα έχετε το ιδανικό νόμο για το φυσικό αέριο που ξαναγράψατε σε μια μορφή που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε με τις πληροφορίες που δώσατε. Για να βρείτε την πυκνότητα του αερίου, απλώς συνδέστε τις τιμές των γνωστών μεταβλητών. Θυμηθείτε να χρησιμοποιείτε την απόλυτη θερμοκρασία για το T:
27 βαθμοί Κελσίου + 273 = 300 Kelvin
ρ = (100 g / mol) (0,5 atm) / (0,0821 L · atm / mol · Κ) (300 Κ) ρ = 2,03 g / L
Η πυκνότητα του αερίου είναι 2.03 g / L στα 0.5 atm και 27 ° C.
Πώς να αποφασίσετε εάν έχετε πραγματικό αέριο
Ο ιδανικός νόμος για το αέριο γράφεται για ιδανικά ή τέλεια αέρια. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τιμές για πραγματικά αέρια εφόσον λειτουργούν σαν ιδανικά αέρια. Για να χρησιμοποιήσετε τον τύπο για ένα πραγματικό αέριο, πρέπει να είναι σε χαμηλή πίεση και χαμηλή θερμοκρασία. Η αύξηση της πίεσης ή της θερμοκρασίας αυξάνει την κινητική ενέργεια του αερίου και αναγκάζει τα μόρια να αλληλεπιδρούν. Ενώ ο ιδανικός νόμος για το αέριο μπορεί ακόμα να προσφέρει μια προσέγγιση υπό αυτές τις συνθήκες, γίνεται λιγότερο ακριβής όταν τα μόρια είναι κοντά και ενθουσιασμένοι.